DE102008060332A1 - Microfluidic sorting device with optical tweezers - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sortiervorrichtung zum Sortieren von Partikeln sowie auf ein entsprechendes Verfahren. Dabei bezeichnet der Begriff Partikel lebende Zellen, Zellteile oder Kügelchen mit Durchmessern von einigen 100 Nanometern bis einige Mikrometer. Um eine Sortiervorrichtung zum Sortieren von Partikeln sowie ein zugehöriges Sortierverfahren anzugeben, das die Nachteile der bekannten Systeme überwindet und die Entwicklung eines flexiblen, schnellen und kostengünstitung eine miniaturisierte Durchflusszelle mit einem Kanal, der im Betrieb laminar von einer die zu sortierenden Partikel enthaltenden Probenlösung durchströmt wird. Weiterhin ist mindestens eine optische Detektionseinheit zum Bestimmen einer geometrischen Position der zu sortierenden Partikel vorgesehen. Eine über einen Spiegel oder einen akusto-optischen Deflektor auslenkbare optische Pinzette ist zum sequentiellen Sortieren der klassifizierten Partikel durch gezieltes Bewegen des Partikels aus der detektierten Position in eine vorbestimmte Zielposition in dem laminaren Probenlösungsstrom vorgesehen.The present invention relates to a sorting apparatus for sorting particles and to a corresponding method. The term particles refers to living cells, cell parts or globules with diameters of a few hundred nanometers to a few micrometers. To provide a sorting device for sorting of particles and an associated sorting method, which overcomes the disadvantages of the known systems and the development of a flexible, fast and kostenitung a miniaturized flow cell with a channel which is laminar flows through a sample solution containing the particles to be sorted in operation , Furthermore, at least one optical detection unit is provided for determining a geometric position of the particles to be sorted. An optical tweeter deflectable by a mirror or an acousto-optic deflector is provided for sequentially sorting the classified particles by selectively moving the particle from the detected position to a predetermined target position in the laminar sample solution stream.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sortiervorrichtung zum Sortieren von Partikeln sowie auf ein entsprechendes Verfahren. Dabei bezeichnet der Begriff Partikel lebende Zellen, Zellteile oder Kügelchen (so genannte „Beads”) mit Durchmessern von einigen 100 Nanometern bis einigen Mikrometern.The The present invention relates to a sorting apparatus for Sorting of particles as well as a corresponding procedure. The term particles refers to living cells, cell parts or Beads (so-called "beads") with diameters from a few 100 nanometers to a few micrometers.
Das Sortieren kleiner Partikel hat in den letzten Jahren insbesondere in der Biotechnologie große Bedeutung erlangt. Es besteht ein zunehmender Bedarf, funktionalisierte Kügelchen, biologische Zellen oder Chromosomen anhand einer Vielzahl von Charakteristika aus einem Gemisch abzutrennen. Zellen beispielsweise müssen oft anhand ihrer Gestalt und Größe oder anhand der Verteilung eines Fluoreszenzfarbstoffes separiert werden. Diese Farbstoffe können an spezifische Moleküle angebunden werden, welche wiederum an Target-Proteine anbinden, oder sie können eine DNA-Sequenz innerhalb des Zellkerns kennzeichnen. Weitere mögliche Kopplungsmechanismen und Anwendungsgebiete für Fluoreszenzfarbstoffe sind dem Fachmann selbstverständlich geläufig.The Sorting small particles has been particular in recent years has become very important in biotechnology. It exists an increasing need, functionalized beads, biological Cells or chromosomes by a variety of characteristics to separate from a mixture. For example, cells must often based on their shape and size or based the distribution of a fluorescent dye are separated. These Dyes can be attached to specific molecules which in turn bind to target proteins, or they can characterize a DNA sequence within the nucleus. Other possible Coupling mechanisms and fields of application for fluorescent dyes are of course familiar to the expert.
Eine interessante Eigenschaft lebender Zellen ist ihre Fähigkeit, fluoreszente Proteine (z. B. green fluorescent proteins, GFP) zu synthetisieren, die unter anderem die erfolgreiche Transfektion von DNA in eine Zelle signalisieren. Ein weiteres Beispiel ist die Anzeige des Replikationspotentials von hämatopoetischen Stammzellen.A interesting property of living cells is their ability to fluorescent proteins (eg green fluorescent proteins, GFP) synthesize, among other things, the successful transfection signaling DNA into a cell. Another example is the Display of the replication potential of hematopoietic Stem cells.
Weiterhin steht die Analyse kodierter Proteine nach der erfolgreichen Sequenzierung des Humangenoms im Rahmen des Humangenomprojektes im Vordergrund heutiger Forschung und Entwicklung. In diesem Zusammenhang werden Proteinmikroarrays und gemultiplexten Sandwichimmunoassays, die darauf basieren, dass Proteine an Kügelchen gebunden werden, die größten Chancen eingeräumt. Auch hier dominiert die Fluoreszenzmarkierung über andere Techniken, wie beispielsweise eine Separierung mittels magnetischer Marker.Farther is the analysis of encoded proteins after successful sequencing of the human genome in the context of the human genome project in the foreground Today's research and development. In this context will be Protein microarrays and multiplexed sandwich immunoassays based on binding proteins to beads, the biggest opportunities. Also here fluorescence labeling dominates over other techniques, such as separation by means of magnetic markers.
Es ist bekannt, kleine Partikel mit Hilfe fluoreszenzaktivierter Zellsortierer, sogenannter fluorescent activated cell sorters, FACS, zu sortieren. Bei diesen bekannten FACS-Geräten werden die Partikel in winzige Tröpfchen eingebettet, mittels einer Elektrode aufgeladen und dann in einem elektrischen Feld abgelenkt, nachdem ihr Emissionsspektrum analysiert worden ist. Bei dieser Technik befinden sich die Partikel zunächst im Fluid-Strom, werden dann in Tröpfchen separiert und anschließend erst sortiert. Diese Tröpfchenseparation ist technisch vergleichsweise aufwändig.It is known, small particles with the aid of fluorescence-activated cell sorters, so-called fluorescent activated cell sorters, FACS. In these known FACS devices, the particles in embedded tiny droplets, by means of an electrode charged and then deflected in an electric field after their emission spectrum has been analyzed. In this technique the particles are initially in the fluid stream, then become separated into droplets and then sorted first. This droplet separation is technically relatively consuming.
FACS ist gut untersucht, schnell und verlässlich, aber diese Technik weist einige gravierende Nachteile auf.FACS is well studied, fast and reliable, but this Technology has some serious disadvantages.
Zum einen erfordern die Geräte relativ große Probenvolumina, zum anderen können sie nur durch speziell ausgebildetes Personal bedient und gewartet werden und zudem stellt die Sterilisation ein Problem dar. Die Effizienz der Sortierung nimmt für Probenmengen von weniger als 100.000 Zellen deutlich ab. Darüber hinaus sind die Anschaffungs- und Betriebskosten der FACS-Geräte für kleinere Laboratorien in der Regel zu hoch. Schließlich ist ein portables Einmalsystem auf der Basis der FACS-Technik gegenwärtig nicht absehbar.To the one the devices require relatively large sample volumes, for another, they can only be through specially trained Staff are serviced and maintained and also provides sterilization a problem. The efficiency of sorting is decreasing Sample volumes of less than 100,000 cells significantly. About that In addition, the acquisition and operating costs of the FACS devices usually too high for smaller laboratories. After all is a portable single-use system based on the FACS technology currently available not foreseeable.
Optische Kräfte stellen für die Verwendung beim Sortieren kleiner Partikel in der Biotechnologie eine vielversprechende Alternative dar. Mit optischen Fallen oder optischen Pinzetten, wie sie häufig genannt werden, können Partikel in allen drei Raumrichtungen mit hoher Präzision bewegt werden. Da bei dieser Technik kein mechanischer Kontakt zwischen Manipulationseinrichtung und Partikel stattfindet, werden Anhaftungsprobleme, die normalerweise bei diesen Größenverhältnissen von großer Bedeutung sind, vollständig vermieden. Wenn Objektivlinsen mit hoher numerischer Apertur verwendet werden, können hohe Gradienten des elektrischen Feldes und somit hohe optische Kräfte auf lebendes Gewebe ausgeübt werden, wobei die Gesamtintensität auf einem vertretbaren Wert gehalten werden kann, sodass Zellschädigungen vermieden werden können.optical Forces for use in sorting small particles in biotechnology a promising alternative With optical traps or optical tweezers, as is common can be called particles in all three spatial directions be moved with high precision. As with this technique no mechanical contact between manipulation device and Particles take place, attachment problems are usually present these proportions of large Meaning are completely avoided. If objective lenses can be used with high numerical aperture high gradient of the electric field and thus high optical Forces are exerted on living tissue, where the overall intensity is kept at a reasonable level can be avoided, so cell damage can be avoided.
Diese schonende Behandlung kann dadurch unterstützt werden, dass für die Falle Licht mit einer Wellenlänge im Infrarotbereich verwendet wird, das nicht durch die wässrige Lösung im Inneren der Zelle absorbiert wird. Optische Fallen erlauben eine sehr schnelle Verschiebung von Partikeln und ermöglichen eine Parallelisierung über multiple Fallen oder optische Gitter. Darüber hinaus können die Kräfte auf die eingefangenen Teilchen in einfacher Weise durch die Laserleistung und den Wellenlän genbereich von Nanonewton bis einigen Femtonewton eingestellt werden. Gleichzeitig kann die Position mit einer Nanometerpräzision gesteuert und gemessen werden.These Gentle treatment can be supported by that for the case light with a wavelength in the infrared range not used by the aqueous solution is absorbed inside the cell. Optical traps allow one very fast displacement of particles and allow a parallelization via multiple traps or optical Grid. In addition, the forces can to the trapped particles in a simple manner by the laser power and the wavelength range from Nanonewton to some Femtonewton be set. At the same time, the position with controlled and measured by a nanometer precision.
Es existieren verschiedene Ansätze, optische Manipulation mit mikrofluidischen Systemen zu kombinieren, um eine Partikelsortierung zu erreichen. Miniaturisierte Durchflusskammern können beispielsweise mit Hilfe der sogenannten Softlithographie innerhalb einiger Stunden als Einzelteile hergestellt werden. Auf diese Weise können verschiedene Geometrien während der Entwicklungsphase flexibel getestet werden. Da die Kosten für Material und Herstellungswerkzeuge relativ niedrig sind, können derartige Kammern sowohl als billige und tragbare Wegwerfartikel, wie auch als wiederverwertbare Kammern hergestellt werden. Die geringen Kanaldimensionen verlangen nur geringe Volumina an Transportmedium und weniger an teuren biochemischen Reagenzien.There are various approaches to combine optical manipulation with microfluidic systems to achieve particle sorting. Miniaturized flow chambers can be produced as individual parts within a few hours, for example by means of so-called soft lithography. In this way, different geometries can be flexibly tested during the development phase. Since the cost of materials and manufacturing tools are relatively low, such chambers can be both cheap and portable Disposable articles, as well as being made as reusable chambers. The small channel dimensions require only small volumes of transport medium and less expensive biochemical reagents.
Die Konzepte bei bekannten mikrofluidischen Systemen mit optischer Manipulation können in passive und aktive Sortierstrategien unterteilt werden. Im Fall des passiven Sortierens werden optische Gitter oder optische Linienpinzetten mit asymmetrischem Intensitätsprofil verwendet. Sie erlauben ein effizientes paralleles Sortieren von Kügelchen, sind aber auf eine Unterscheidung anhand der Größe oder des Brechungsindex beschränkt.The Concepts in known microfluidic systems with optical manipulation can be divided into passive and active sorting strategies become. In the case of passive sorting, optical grids or optical line tweezers with asymmetrical intensity profile used. They allow an efficient parallel sorting of Globules, but are based on a distinction based on the Size or refractive index limited.
Beinahe alle vielversprechenden aktiven Sortiervorrichtungen arbeiten in mikrofluidischer Umgebung, aber unterscheiden sich entsprechend ihrer Partikelklassifizierungs- und Manipulierungsstrategien. Beispielsweise ist bekannt, Partikel in eine Vielzahl von Mikrokanälen zu sortieren, indem eine statische Linienfalle zeitweise aktiviert wird. Außerdem nutzt keine Methode dreidimensionale optische Fangkräfte aus, was eine optische Pinzette definiert.Nearly all promising active graders work in microfluidic environment, but differ accordingly their particle classification and manipulation strategies. For example is known to particles in a variety of microchannels to sort by temporarily activating a static line trap becomes. In addition, no method uses three-dimensional optical forces what defines optical tweezers.
Weiterhin
existieren Sortiervorrichtungen, bei denen die Teilchen hydrodynamisch
innerhalb eines Sortierkanals fokussiert werden, um durch Aktivieren
einer statischen Falle, die durch einen Laser erzeugt wird, sortiert
zu werden. Ein Beispiel für eine solche bei Bedarf einschaltbare
optische Falle ist in
Die Fluoreszenz der Partikel kann, ähnlich wie bei einer FACS-Vorrichtung, dadurch analysiert werden, dass die Emissionswellenlänge mit einer Photomultiplierröhre detektiert wird. Sie kann aber auch mit einer CCD- oder CMOS-Kamera, als 2D Bild gemessen und analysiert werden.The Fluorescence of the particles may be similar to a FACS device, be analyzed by that the emission wavelength is detected with a photomultiplier tube. she can but also with a CCD or CMOS camera, measured as a 2D image and analyzed.
Als Alternative zu optischer Manipulation könnte auch eine dielektrophoretische Sortierung verwendet werden. Dielektrophoretische Kräfte basieren auf derselben Physik wie optische Kräfte, aber die Sortiervorrichtungen arbeiten mit einer sehr viel größeren Wellenlänge und die Feldgradienten und Kräfte sind deshalb viel geringer. Da elektrische Felder außerdem mittels fester Elektroden angelegt werden, ist die Flexibilität bezüglich unterschiedlicher Sortierschemata gering.When An alternative to optical manipulation could also be one dielectrophoretic sorting can be used. dielectropherotic Forces are based on the same physics as optical forces, but the sorters work with a much larger one Wavelength and field gradients and forces are therefore much lower. As electric fields as well are applied by means of fixed electrodes, is the flexibility low with regard to different sorting schemes.
Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, besteht daher darin, eine Sortiervorrichtung zum Sortieren von Partikeln sowie ein zugehöriges Sortierverfahren anzugeben, das die Nachteile der bekannten Systeme überwindet und die Entwicklung eines flexiblen, schnellen und kostengünstigen Systems ermöglicht.The Task underlying the present invention consists therefore, a sorter for sorting particles as well as an associated sorting method, which the Disadvantages of the known systems overcomes and development a flexible, fast and cost-effective system allows.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.These The object is achieved by the subject matter of the independent patent claims solved. Advantageous developments of the present invention are Subject of the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Idee, dass eine Sortiervorrichtung zum Sortieren von Partikeln eine miniaturisierte Durchflusszelle mit einem Kanal, der im Betrieb laminar von einer die zu sortierenden Partikel enthaltenden Probenlösung durchströmt wird, umfasst. Weiterhin ist eine optische Detektionseinheit zum Bestimmen einer geometrischen Position der zu sortierenden Partikel und zum optischen Klassifizieren der zu sortierenden Partikel vorgesehen. Erfindungsgemäß umfasst die Sortiervorrichtung außerdem eine dynamische optische Pinzette zum sequentiellen Sortieren der klassifizierten Partikel durch gezieltes Bewegen des Partikels aus der detektierten Position in eine vorbestimmte Zielposition in dem laminaren Probenlösungsstrom. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Sortiervorrichtung durch die Verwendung einer dreidimensionalen Falle in der Lage, die Partikel dynamisch im (dreidimensionalen) Raum zu bewegen.The The present invention is based on the idea that a sorting device for sorting particles a miniaturized flow cell with a channel that is laminar in operation from one to be sorted Particles containing sample solution flows through is included. Furthermore, an optical detection unit for Determining a geometric position of the particles to be sorted and for optically classifying the particles to be sorted. According to the invention, the sorting device comprises also a dynamic optical tweezer for sequential Sorting the classified particles by selectively moving the Particles from the detected position to a predetermined target position in the laminar sample solution stream. In particular, the Inventive sorting device by the Using a three-dimensional trap capable of the particles to move dynamically in (three-dimensional) space.
Mit einer solchen Anordnung können Partikel mit Hilfe eines dynamischen hochfokussierten Kraftfeldes verschoben werden, wobei die gesamte Anordnung in wässriger Lösung arbeitet. Durch den Einsatz in mirkrofluidischer Umgebung kann die Gesamtmenge an benötigten Reagenzien signifikant reduziert werden.With Such an arrangement, particles with the help of a dynamic high-focussed force field are shifted, wherein the entire arrangement works in aqueous solution. By use in a microfluidic environment, the total amount significantly reduced on required reagents.
Dabei
wird im Sinne der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff „optischer
Pinzette” ein hochfokussierter Laser verstanden, der als
physikalisches Prinzip die dreidimensionale optische Gradientenkraft
verwendet. Der Strahlungsdruck ist hier vernachlässigbar.
Diese optische Gradientenkraft beruht im Wesentlichen auf Dipolkräften
und wirkt am stärksten lateral zur Strahlrichtung.
Der Vorteil gegenüber einer Verwendung schwach fokussierter Laserstrahlung besteht vor allem darin, dass die Effizienz bei gleicher Laserleistungsstärke und die Wirkung wesentlich höher ist. Damit ist das Risiko einer Zellschädigung signifikant reduziert. Die Verwendung sehr hoher Laserleistungen hat auch zusätzlich wirtschaftliche Nachteile, wie Beeinträchtigung der Laborsicherheit oder hohe Anschaffungskosten der Apparatur.Of the Advantage over using weakly focused Laser radiation consists mainly in that the efficiency at the same Laser power and the effect much higher is. This significantly reduces the risk of cell damage. The use of very high laser powers also has in addition economic disadvantages, such as impairment of laboratory safety or high initial cost of the apparatus.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung umfasst die optische Detektionseinheit eine erste Lichtquelle, um die Durchflusszelle zu durchleuchten sowie eine digitale Bildverarbeitungseinheit, um ein Durchlichtbild der Durchflusszelle auszuwerten. Auf diese Weise kann ein vollautomatischer Betrieb ermöglicht werden. Die optische Pinzette wird in Antwort auf die detektierte Position der zu sortierenden Partikel jeweils gezielt auf das Partikel gerichtet und angesteuert, um das Partikel zu bewegen.According to an advantageous embodiment of According to the present invention, the optical detection unit comprises a first light source to illuminate the flow cell and a digital image processing unit to evaluate a transmission image of the flow cell. In this way, a fully automatic operation can be enabled. In response to the detected position of the particles to be sorted, the optical tweezers are respectively targeted to the particle and driven to move the particle.
Durch die Verwendung einer laminaren Strömung bewirkt das Verschieben des Partikels in eine definierte Zielposition den Weitertransport des Partikels in einen vorbestimmten Ausgangskanal. Auf diese Weise ist es möglich, auf eine Vielzahl von Ausgangskanälen zu sortieren und damit ein paralleles Sortieren unterschiedlicher Partikel aus einem Partikelgemisch durchzuführen.By the use of a laminar flow causes the displacement of the particle in a defined target position onward transport of the particle in a predetermined output channel. In this way It is possible on a variety of output channels to sort and thus a parallel sorting different To carry out particles from a particle mixture.
Für die vollautomatisierte Weiterverarbeitung der optischen Information bezüglich der zu sortierenden Partikel umfasst die digitale Bildverarbeitungseinheit gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform eine CCD-Kamera (charged couple device).For the fully automated further processing of the optical information regarding the particles to be sorted includes the digital Image processing unit according to an advantageous Embodiment of a CCD camera (charged couple device).
Die Lichtquelle, die dazu verwendet wird, ein Durchlichtbild zu erstellen, kann beispielsweise eine lichtemittierende Diode, LED, umfassen.The Light source that is used to create a transmitted light image For example, it may include a light emitting diode, LED.
Häufig handelt es sich bei den zu detektierenden Partikeln um ganze, oft lebende, Zellen. Um den Sortiervorgang für solche Zellen möglichst schonend durchführen zu können, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung die digitale Bildverarbeitungseinheit angepasst, die Außenhülle der Zelle und deren exakte Position im Probenlösungsstrom zu detektieren. Anhand der festgestellten Position der Zelle und insbesondere ihrer Außenhülle kann der stark fokussierte Laserstrahl der optischen Pinzette so angesteuert werden, dass er gezielt auf die Membran der Außenhülle gerichtet ist. Auf diese Weise wird eine Schädigung der im Inneren der Zelle befindlichen Elemente weitestgehend vermieden.Often If the particles to be detected are whole, often living, cells. To the sorting process for such cells to perform as gently as possible, is in accordance with an advantageous embodiment of present invention adapted the digital image processing unit, the outer shell of the cell and its exact position to detect in the sample solution stream. Based on the noted Position of the cell and in particular its outer shell so can the highly focused laser beam of optical tweezers be directed that he targeted the membrane of the outer shell is directed. In this way, damage to the located inside the cell elements largely avoided.
Zusätzlich oder auch alternativ zu der Analyse anhand des sichtbaren Lichts kann eine Auswertung von Fluoreszenzstrahlung, die von den zu sortierenden Partikeln emittiert wird, erfolgen. Wie bereits erwähnt, kann diese Fluoreszenzstrahlung von künstlich angebrachten Fluoreszenzmarkern stammen oder aber durch die Zelle selbst erzeugt sein.additionally or alternatively to the analysis based on the visible light can be an evaluation of fluorescence radiation to be sorted by the Particles emitted is done. As already mentioned, This fluorescence radiation can be artificially applied Fluorescence markers are derived or generated by the cell itself be.
Entsprechend der zu detektierenden Fluoreszenzstrahlung muss als Empfänger eine Detektionseinheit vorgesehen sein, die in dem gesuchten Wellenlängenbereich empfindlich ist.Corresponding the fluorescence radiation to be detected must be used as the receiver a detection unit may be provided which is in the sought wavelength range is sensitive.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist die Sortiervorrichtung an einem handelsüblichen Mikroskop montierbar, sodass die Kosten für die Einrichtung eines derartigen Sortierarbeitsplatzes möglichst gering gehalten werden können.According to one Advantageous development of the present invention is the sorting device mountable on a standard microscope, so that the Cost of setting up such sorting workstation can be kept as low as possible.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei werden gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen und denselben Bauteilbezeichnungen versehen. Weiterhin können auch Merkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsformen für sich eigenständige erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.following The present invention is based on preferred embodiments explained in more detail with reference to the accompanying drawings. In this case, the same parts with the same reference numerals and the same Component names provided. Furthermore, features can also or combinations of features from the different ones shown and described Embodiments for themselves inventive or inventive solutions represent.
Es zeigen:It demonstrate:
Mit
Bezug auf
Wie
in
Durch
die Möglichkeit, die Fokussierung der optischen Pinzette
Die
Durchflusszelle
Mit
Bezug auf
Erfindungsgemäß wird
die mit Bezug auf
Die
zweite Lichtquelle
Ein
im infraroten Wellenlängenbereich strahlender Laser
Die
in
Erfindungsgemäß wird
der Fokus der optischen Pinzette
Wie bereits erwähnt, können aber auch mehr als nur zwei Sorten Partikel sortiert werden, wenn mehr als zwei Ausgangskanäle C, D vorgesehen werden.As already mentioned, but can also do more than just Two varieties of particles are sorted when more than two output channels C, D are provided.
Mit
Bezug auf die
Eine
rechnerische Behandlung der an einer Zellmembran auftretenden Kräfte
ist beispielsweise dem Aufsatz
Die
optische Kraftdichte berechnet sich zu
Bei
der Darstellung der
Die
Die erfindungsgemäße Sortiervorrichtung ist grundsätzlich für alle Suspensionszellen geeignet, also für Zellen, die nicht auf einem Substrat fixiert sind und auch nicht in größeren Verbänden, wie beispielsweise Ketten, vorkommen. Neben den für die nachfolgenden beipielhaften Experimente verwendeten basophilen Leukämiezellen der Ratte, RBL-Zellen, sind z. B. auch Hefezellen derartige Suspensionszellen. Die erreichbaren Geschwindigkeiten liegen bei einigen 100 μm/s.The Inventive sorting device is basically suitable for all suspension cells, that is for Cells that are not fixed on a substrate or not in larger associations, such as Chains, happen. In addition to those for the following examples Experiments used rat basophilic leukemic cells, RBL cells are e.g. As well as yeast cells such suspension cells. The achievable speeds are several 100 μm / s.
Die
erfindungsgemäße optische Sortiervorrichtung erlaubt
es, aufgrund der starken Fokussierung des Lasers, Zellen nur an
ihrer Membran anzugreifen. Hierzu wird mit Hilfe der optischen Detektionseinheit,
die bei der Darstellung der
Zum Zeitpunkt ➀ wird die optische Pinzette in y-Richtung beschleunigt, bis sie um die Strecke b ausgelenkt ist (Zeitpunkt ➁). Dann zieht die optische Pinzette mit konstanten Geschwindigkeiten in x- und y-Richtung, bis eine ausreichende Auslenkung des Partikels in die angestrebte Sollposition erreicht ist. Zum Zeitpunkt ➂ wird die optische Pinzette von dem Partikel abgekoppelt und dieses wird von der laminar strömenden Probenlösung zu dem entsprechenden Ausgangskanal transportiert. In der gezeigten Anordnung entspricht die Strecke b, über die hinweg eine Beschleunigung der optischen Pinzette erfolgt, in etwa dem Zellradius a. Allerdings ist für einen Fachmann klar, dass auch andere Werte eingestellt werden können.At time ➀, the optical tweezers are accelerated in the y-direction until they are deflected by the distance b (time ➁). Then, the optical tweezers pulls at constant speeds in the x and y direction until a sufficient deflection of the particle is achieved in the desired target position. At time ➂, the optical tweezers are decoupled from the particle and transported from the laminar sample solution to the corresponding exit channel. In the arrangement shown, the distance b over which an acceleration of the optical tweezers takes place corresponds approximately to the cell radius a. However, it is clear to a person skilled in the art that other values are also set you can.
Die Kräfte, die auf eine Zellmembran wirken, sind proportional zu dem Intensitätsgradienten der Strahlung. Die Membran der Zelle besitzt einen höheren Brechungsindex als die umgebende Lösung und auch einen höheren Brechungsindex als das Zellinnere.The Forces acting on a cell membrane are proportional to the intensity gradient of the radiation. The membrane The cell has a higher refractive index than the cell surrounding solution and also a higher refractive index as the cell interior.
Demgegenüber
zeigt
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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